JP4235753B2

JP4235753B2 - 空気清浄用フィルタ濾材

Info

Publication number: JP4235753B2
Application number: JP20926897A
Authority: JP
Inventors: 慎一峯村; 英二吉村
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2017-08-04
Also published as: JPH1147521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用途、家庭用途、各種空調用途に使用される空気清浄用フィルタ濾材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、室内で発生するハウスダスト、花粉等の数十ミクロンオーダーの粒子に対する除去やタバコ煙を初め、ディーゼル自動車等から排出されるサブミクロンオーダーの微粒子及びスパイク粉塵等の粗塵に対する除去の要望が、特に、健康上の問題から大きくクローズアップされている。
【０００３】
これらの要望に対する濾材としてエレクトレット繊維の静電気力を利用したフィルタがすでに公知でありクトレット繊維単体では実用強度的に弱いため何らかの補強材を組合わせて一体化し濾材強度を向上させて使用するのが一般的である。その場合、補強材として、エレクトレットフィルタ濾材の特徴を最大限に活かすため、多孔性の補強シートを用いるのが一般的である。
【０００４】
ところで、近年、これらのフィルタ濾材の安全性の観点から難燃性フィルタ濾材の関心が高まっている。例えば、自動車用空気清浄フィルタ濾材には、ＪＩＳＤ１２０１で規定される難燃性の付与の要求が求められる。
このため、フィルタ濾材の難燃性付与に関しても、下記の通り種々の検討がなされている。
【０００５】
例えば、実開平７−９４１５、実開昭５７−１１９７２０には難燃剤及び／又は難燃繊維を混入加工した補強用シート状不織布とエレクトレット化不織布を積層したものが開示されているが、補強用シート部もエレクトレット部も不織布であるため、濾材全体の嵩密度が高く、粉塵負荷による急激な目詰まりがおこり、フィルタ寿命が短いという問題があった。
【０００６】
また、特開平５−３１３１０、特開昭５１−１３４４７５では、エレクトレット繊維と難燃性補強シートを積層したものが開示されているが、エレクトレット繊維に極細繊維を使用しているため、嵩高濾材にすることが難しく長期間の粉塵負荷に対して良好な濾過性能を十分発揮できるものではなかった。
【０００７】
さらに、特開平６−１９８１０８、特開平６−２０５９１５にはフィルタの難燃構成材に無機繊維を使用したものが開示されているが、無機材料がガラス繊維や金属繊維であるため、容易に焼却廃棄ができないという問題があった。
【０００８】
上記で説明したように、難燃性、易焼却性を有し、且つ、優れた濾過性能を有する濾過材は、存在しないのが現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記問題点に着目して鋭意検討した結果、ＬＯＩ値が２３〜８０の難燃性の多孔性補強シートをフィルタ骨材として用いることにより、エレクトレット繊維を含むフィルタ濾材全体が遅燃性又は自消性でありながら、廃棄時に焼却可能となることを見い出した。
【００１０】
また、上記のフィルタ濾材において、多孔性補強シート材の開孔率を５０〜９５％とすることにより、フィルタ濾材の低圧損化、長寿命化を実現することが可能であること、フィルムスプリット型エレクトレット繊維の繊維充填密度を０．０１〜０．０７ｃｃ／ｃｃとすることにより、粉塵等の捕集効率を向上させることが可能であることを見い出した。
【００１１】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、濾材全体で難燃性を有しつつも容易に焼却廃棄が可能であり、低圧力損失ながら、サブミクロンオーダーの粒子や粗塵に対して高い捕集効率及び粉塵保持性を有する、安価で実用性に優れたフィルタ濾材を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、フィルムスプリット型のエレクトレット繊維と多孔性補強シートを含む空気清浄用フィルタ濾材であって、前記フィルムスプリット型のエレクトレット繊維の充填密度が０．０１〜０．０７ｃｃ／ｃｃであり、且つ、前記多孔性補強シートのＪＩＳＤ１２０１で規定されるＬＯＩ値が２３〜８０である空気清浄用フィルタ濾材を提供するものである。
【００１３】
本発明の空気清浄用フィルタ濾材の好ましい実施態様は、ＪＩＳＤ１２０１で規定される水平燃焼試験での評価が遅燃性又は自消性である。
【００１４】
本発明の空気清浄用フィルタ濾材の好ましい実施態様は、前記多孔性補強シートの開口率が５０％〜９５％である。
【００１５】
本発明の空気清浄用フィルタ濾材の好ましい実施態様は、ＪＩＳ１５種の粉塵保持量が７０ｇ／ｍ² 以上である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる多孔性補強シートの素材は、合成樹脂、半合成樹脂、再生樹脂等が上げられるが、特に限定されるものではない。
合成樹脂の素材としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ビニロン、ポリクラール、塩化ビニル、塩化ビニリデン等が挙げられる。半合成樹脂の素材としては、例えば、アセテート、プロミックス等が挙げられる。
再生樹脂としては、例えば、レーヨン、キュプラ等が挙げられる。
本発明においては、これらの素材を単独で、あるいは組み合わせて使用することができる。
【００１７】
本発明で用いられる多孔性補強シートは、ＪＩＳＤ１２０１で規定されるＬＯＩ値が２３〜８０であることが必要である。ＬＯＩ値が２３より小さい場合には、本発明の濾材全体での難燃性が低下し、ＬＯＩ値が８０を越える場合には、使用後の濾材を廃棄する際の焼却が困難となるため好ましくない。
【００１８】
なお、ここでいうＬＯＩ値とは酸素と窒素を含む混合ガスの温度が２０〜２５℃の状態で資材が燃焼をつづけるのに必要な酸素と窒素の混合気体中の容積百分率であらわした最小酸素濃度のことであり、以下の式で計算される。
ＬＯＩ値（％）＝（酸素濃度）／（酸素濃度＋窒素濃度）×１００
【００１９】
本発明で用いられる多孔性補強シートは、補強材の素材自体が必ずしも上記の範囲のＬＯＩ値を有している必要はない。
むしろ、上記に列記した補強材の素材自体はＬＯＩ値が２３以下の素材である場合も多く、かような易燃焼性の素材の場合には、難燃剤を付加して用いてもよい。
【００２０】
難燃剤を付加する方法としては、フィラメント製造の紡糸の段階で難燃剤を練り込む方法、紡糸後に難燃剤を添加する方法、バインダーを使用して強固に難燃剤を付着させる方法、あるいは、補強繊維を多孔性のシート状にした後、難燃剤を前述の処方で添加するなど各種の方法を用いることが可能であり、特に限定されるものではない。
最終的に、ＪＩＳＤ１２０１で規定されるＬＯＩ値が２３〜８０になれば、如何なる方法でもよい。
【００２１】
本発明に用いられる多孔性補強シートの形状は、特に制限されるものではなく、例えば織物状、ネット状、編み物状等が挙げられる。
【００２２】
本発明に用いられる多孔性補強シートの開口率は、５０％〜９５％であることが好ましい。開孔率が５０％未満では圧力損失が高くなり、粉塵負荷による目詰まりが起こり易く、開孔率が９５％を越える場合にはフィルターとしての実用強度が不十分となる。
【００２３】
なお、ここでいう開口率とは以下の式で定義されるものである。
開孔率（％）＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００
但し、Ａ：多孔性補強材の全面積
Ｂ：多孔性補強材の開口部面積
【００２４】
本発明に用いられる多孔性補強材の濾材中での存在様式は、特に限定されるものではないが、例えばエレクトレット繊維層（Ａ層）と補強繊維層（Ｂ層）が別々の層として存在するいわゆる２層又は多層型の濾材としては、Ａ層−Ｂ層の２層型濾材、Ａ層−Ｂ層−Ａ層やＢ層−Ａ層−Ｂ層の３層型濾材、さらに多層型の濾材等が挙げられる。
上記での濾材形成時の積層法も特に限定されるものではないが、ニードルパンチ加工、エアーパンチ加工、熱融着加工、あるいは単なる重ね合わせ等が挙げられる。
【００２５】
本発明に用いられるフィルムスプリット型のエレクトレット繊維の素材は、特に限定されるものではないが、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、シンジオタクチックポリスチレンなどのポリオレフィン系ポリマー、ポリ−４−メチル−１−ペンテンなどのα−ポリオレフィン系ポリマー、テフロン等のフッ素系ポリマー、ポリカーボネート、ポリエステルなどが挙げられる。
【００２６】
本発明に用いられるフィルムスプリット型エレクトレット繊維の製造方法は何等限定されるものではないが、例えば上記の樹脂から溶融押出しによりキャストフィルムを作製し、次いでこのフィルムを５〜１０倍に縦あるいは横方向に延伸することにより延伸フィルムを形成する。その後、荷電によりエレクトレットフィルムとし、開繊カッターでスプリットして繊維とすれば、エレクトレットスプリット繊維が得られる。延伸フィルムのエレクトレット化はコロナ放電、電界放電、電子線照射、摩擦帯電などの荷電法によって行うことができ、又これらの荷電法を組み合わせてもよい。
上記以外にもエレクトレットフィルムからスプリット繊維を作るスプリット法には、針式カッター、ねじ式カッター、ブレード式カッターなどによりフィルムをスプリットする方法等が用いられる。
【００２７】
本発明に用いられるフィルムスプリット型のエレクトレット繊維の平均スプリット幅は、１０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜３００μｍ、最も好ましくは４０μｍ〜２００μｍである。なお、エレクトレットフィルムの厚さは３μｍ〜３０μｍが好ましい。エレクトレットスプリット繊維の表面電荷密度はルースの式で示される最大表面電荷密度を有することが好ましいが、それに限定されるものではない。
【００２８】
本発明に用いられるフィルムスプリット型エレクトレット繊維の充填密度は、０．０１〜０．０７ｃｃ／ｃｃであることが好ましく、より好ましくは０．０３〜０．０７ｃｃ／ｃｃである。０．０１ｃｃ／ｃｃ未満であれば、粉塵保持量が低くなり、０．０７ｃｃ／ｃｃを越える場合には、粉塵負荷による圧力損失の急上昇が生じるため好ましくない。
【００２９】
なお、上記の充填密度とは、フィルムスプリット型エレクトレット繊維層での繊維充填密度をいい、下記の式で計算される値である。
繊維充填密度(ｃｃ／ｃｃ) ＝（Ｗ×１０^-4）／（Ｔ×ρ）
但し、Ｗ：繊維層の目付（ｇ／ｍ²）
Ｔ：繊維層の厚さ（ｃｍ）
ρ：繊維の密度（ｇ／ｃｃ）
【００３０】
本発明に用いられるエレクトレット繊維の目付は５〜２５０ｇ／ｍ² が好ましい。目付が５ｇ／ｍ² 未満の場合は、粉塵の捕集効率が低く、２５０ｇ／ｍ² を越える場合には濾材が目詰まりを生じ易くなるためである。
【００３１】
本発明に用いられるエレクトレット繊維は、帯電性を向上するため添加剤を用いることが好ましい。ここで用いられる添加剤は何等限定されるものではないが、例えばリン酸ビス（４−ｔ−ブチルフェニル）ナトリウム、ソディウム２，２’−エチリデンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフェートのような樹脂改良剤、トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）イソシアヌレート、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，１ビス（２’−メチル−４’−ヒドロキシ−５’−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、２，２−チオ−ジエチレンビス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕、３，９−ビス〔２−｛３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）プロピオニルオキシ｝−１，１−ジメチルエチル〕−２，８，１０−テトラオキサスピロ〔５，５〕ウンデカン、ビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス（２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェニル）ペンタエリストリトールジホスファイト、エチリデンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）オクチルホスファイト、トリス−（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイトのような抗酸化剤、３−（Ｎ−サリチロイル）アミノ−１，２，４−トリアゾール、デカンジカルボン酸ジサリチロイルヒドラジドのような重金属不活性剤、２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２，２’−メチレンビス〔４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）−６−（２Ｎ−ベンゾトリアゾール−２−イル）フェノール〕、ビス（５−ベンゾイル−４−ヒドロキシ−２−メトキシフェニル）メタン、テトラキス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレート、１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル／β，β，β’，β’−テトラメチル−３，９−〔２，４，８，１０−テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン〕ジエチル（混合）−１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシレートのような光安定剤、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウムのような脂肪酸金属塩などが挙げられる。
また、これらの添加剤の添加量は、添加剤の種類によっても異なるが、０．０５〜５重量％の範囲が効果的である。
【００３２】
本発明の空気清浄用フィルタ濾材には、ケバ立ち防止をはじめフィルターとしての取り扱い性を更に良好にするために、濾材表面にカバーファクターを付与したり、熱融着繊維をフィルムスプリット型エレクトレット繊維層中に混入してもよい。
【００３３】
本発明の空気清浄用フィルタ濾材には、基本特性を損なわない範囲で、多孔性補強シート、エレクトレットスプリット繊維層もしくはカバーファクターに抗菌剤、抗カビ剤、脱臭剤、芳香剤を使用してもよい。
【００３４】
以下実施例をもってさらに詳細に本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、前後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更することは全て本発明の技術範囲に包含される。
【００３５】
なお、フィルタ濾材の燃焼試験は図１に示すようなＪＩＳＤ１２０１における水平燃焼試験で実施し、遅燃性以上、すなわち遅燃性、自消性を合格とした。
フィルター濾材の圧力損失は、線速５０ｃｍ／ｓの条件下で測定した。
ＪＩＳ１５種粉塵保持量は、初期圧損から１５０Ｐａ上昇したときを寿命と判断し該時点において濾材に堆積した粉塵量を天秤で秤量した値である。
【００３６】
【実施例】
アイソタクチックポリプロピレン（住友化学、銘柄ＦＫ−１４５）にステアリン酸アルミニウム０．５％、ペンタエリスリチル−テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕０．１％、リン酸２，２−メチレンビス（４，６−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ナトリウム０．１％を添加し、厚さ５０μｍのキャストフィルムを溶融押出成型で作成した。次いで一段目１２０℃で５倍延伸、二段目１５０℃で１．８倍の延伸を行い、フィルム厚さ１０μｍの一軸延伸フィルムを得た。このフィルムを１０ＫＶ（陽極）の印加電圧下でアース板に接触させながら１秒間の走行荷電処理をし、針密度６０本／ｃｍ² の８突起体丸刃式開繊カッターでフィブリル化比を種々変えて開繊を施し、しかる後７５ｍｍにカットしてカードにてウェッブシートを作製、目付３０ｇ／ｍ² のウエッブＡを作製した。
【００３７】
（実施例１）
Ｂｒ系難燃剤を３０％練り込んだ１０００デニールのポリプロピレン製モノフィラメントを平織り加工した。その際のフィラメントの打ち込み本数は５本／ｉｎｃｈ² ．（開口率６０％）として多孔性補強シートを製造した。この補強シートのＬＯＩ値は２４であった。つぎに本シートとウェッブＡを針密度２０本／ｃｍ² 、ストローク数３４０／ｍｉｎの条件でニードルパンチ法にて積層一体化し、エレクトレット繊維層の繊維充填密度が０．０５ｃｃ／ｃｃの空気清浄フィルタ濾材を得た。この濾材の燃焼性は燃焼速度５０ｍｍ／ｍｉｎの遅燃性の結果、すなわち合格であった。また、初期圧力損失も２０Ｐａと低く、ＪＩＳ１５種の粉塵負荷した場合に終圧に達するまでの圧損上昇が非常にゆるやかで、最終的に１５０ｇ／ｍ² もの粉塵を保持でき、すなわち目詰まりしにくい非常に長寿命タイプのものとなった。
【００３８】
（実施例２）
１０００デニールのポリエステル製マルチフィラメントに燐酸アンモニウム
を３０重量％（ＤＲＹ）で後加工添着したものを５本／ｉｎｃｈ² ．（開口率５２％）の打ち込み本数で多孔性補強シートを製造した。この補強シートのＬＯＩ値は２５であった。つぎに本シートとウェッブＡを実施例１と同様の方法で積層一体化し、エレクトレット繊維層の繊維充填密度０．０６ｃｃ／ｃｃの空気清浄フィルタ濾材を得た。この濾材の燃焼性は自消性、すなわち合格であった。また、初期圧力損失、ＪＩＳ１５種粉塵供給量は実施例１と同等レベルの高性能品であった。
【００３９】
（実施例３）
繊維径０．１ｍｍの塩化ビニル製のモノフィラメントを３本／ｉｎｃｈ² ．（開口率９０％）の打ち込み本数で多孔性補強シートを製造した。この補強シートのＬＯＩ値は４７であった。つぎに本シートとウェッブＡを実施例１と同様の方法で積層一体化し、エレクトレット繊維層の繊維充填密度０．０３ｃｃ／ｃｃの空気清浄フィルタ濾材を得た。この濾材の燃焼性は自消性、すなわち合格であった。また、初期圧力損失、ＪＩＳ１５種粉塵供給量は実施例１、２と同等レベルの高性能品であった。
【００４０】
（比較例１）
繊維径０．３ｍｍの鉄製フィラメントを５本／ｉｎｃｈ² ．（開口率６０％）の打ち込み本数で多孔性補強シートを製造した。この補強シートのＬＯＩ値は１００であった。つぎに本シートとウェッブＡを上例と同様の方法で積層一体化処理後、エレクトレット繊維層の繊維充填密度０．０５ｃｃ／ｃｃが空気清浄フィルタ濾材を得た。この濾材の燃焼性は自消性（不燃性）、すなわち合格ではあるが、焼却廃棄できない問題があった。
【００４１】
（比較例２）
実施例２で示したＬＯＩ値が２５の多孔性補強シートにメルトブローン法により常套手段でエレクトレット化した繊維充填密度０．０９ｃｃ／ｃｃ、目付３０ｇ／ｍ² のポリプロピレン不織布を、重ね併せ空気清浄用フィルタ濾材を得た。この濾材の燃焼性は自消性、すなわち合格ではあるがこの濾材はエレクトレット繊維層の充填密度が大きいため、初期圧力損失が高く、かつＪＩＳ１５種粉塵負荷による圧力損失の増加が急で非常に目詰まりしやすい、すなわち低寿命の濾材となった。
【００４２】
（比較例３）
１０００デニールのポリプロピレン製モノフィラメントを平織り加工した。その際のフィラメントの打ち込み本数は５本／ｉｎｃｈ² ．（開口率７０％）として多孔性補強シートを製造した。この補強シートのＬＯＩ値は１９であった。つぎに本シートとウェッブＡを上例と同様な方法で積層一体化し、エレクトレット繊維層の充填密度が０．０５ｃｃ／ｃｃの空気清浄用フィルタ濾材を得た。
この濾材は燃焼速度が１００ｍｍ／ｍｉｎと速く、すなわち不合格であった。
【００４３】
（比較例４）
実施例１で示した多孔性補強シートとウェッブＡを重ね併せ針密度４０本／ｃｍ² 、ストローク数３４０／ｍｉｎでニードルパンチしエレクトレット繊維層の充填密度が０．１０ｃｃ／ｃｃの空気清浄用フィルタ濾材を得た。この濾材の燃焼性は自消性、すなわち合格ではあるが、エレクトレットスプリット繊維層の充填密度が０．１０ｃｃ／ｃｃと高いため、初期圧力損失が高く、かつＪＩＳ１５種粉塵負荷の際に目詰まりが急で、すなわち低寿命であった。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明は低密度のエレクトレット繊維層とＬＯＩを規定した多孔性補強シートを含むフィルタ濾材であり、濾材自体が難燃性でありながら、焼却廃棄が可能であり、サブミクロンオーダーの粒子や粗塵に対しての高捕集効率、高粉塵保持性を有し、且つ、低圧力損失で、目詰まりのし難い長寿命フィルタが実現できる。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】ＪＩＳＤ１２０１の水平燃焼試験方法の説明図である。

Claims

フィルムスプリット型のエレクトレット繊維と開口率が５０％〜９５％である多孔性補強シートを含み、ＪＩＳＤ１２０１で規定される水平燃焼試験での評価が遅燃性又は自消性である空気清浄用フィルタ濾材であって、前記フィルムスプリット型のエレクトレット繊維の充填密度が０．０１〜０．０７ｃｃ／ｃｃであり、且つ、前記多孔性補強シートのＪＩＳＤ１２０１で規定されるＬＯＩ値が２３〜８０であることを特徴とする空気清浄用フィルタ濾材。
ＪＩＳ１５種の粉塵保持量が７０ｇ／ｍ² 以上であることを特徴とする請求項１に記載の空気清浄用フィルタ濾材。